核磁共振测井
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Petrophysicist What are the fluids ? What is the reservoir quality? What will flow ? Reservoir Engineer What will produce ? At what rate? Which recovery strategy ?
++ + + + + +
,即高能态和低能态,对应于核自旋进动的不同取向
Gyromagnetic Ratio (g):
Quantum Mech. Classical View View (Energy) (Orientation)
high E
2p m g = h I
determines measurement frequency
7
NMR Physics
核磁共振是磁场中的原子核对电磁波的一种响应，原子 核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。质子与中 子统称为核子。所有含奇数核子以及含偶数个核子但原子序 数为奇数的原子核，都具有内秉角动量（或叫“自旋”）。 这样的核，自身不停地旋转，犹如一个旋转的陀螺。由于原 子核带有电荷 ，它们的自旋将产生磁场，象一根磁棒，该磁 场的强度和方向可以用核磁矩矢量来表示，即： μ =γ p 式中 μ — 磁矩； p— 自旋角动量； γ — 比例因子，被称 做旋磁比，是磁性核的一个重要性质，每一个核都有一个特 定的值，由实验测定。γ 可以为正，亦可以为负，所以核磁 矩的方向可能与核自旋角动量的方向相同或相反。 当没有外加磁场时，单个核磁矩随机取向，因此， 8 包含大量等同核的系统在宏观上没有磁性。
Rock Properties
Reservoir Understanding
Fluid Properties
The NMR logging provides answers for:
Log Analyst Where are the HC’s ? How much HC ? What type of HC ?
h = Plank’s constant I = spin quantum number
DE
low E
Applied Magnetic Field, Bo
13
对于被磁化后的自旋系统，再施加一个与静磁场 垂直、以进动频率 ω 。振荡的交变磁场 B1。从量子 力学的角度说，此时交变场的能量等于质子两个能级 的能量差，会发生共振吸收现象，即处于低能态的核 磁矩吸收交变电磁场提供的能量，跃迁到高能态，磁 化强度相对于外磁场发生偏转，这种现象被称为核磁 共振， 交变电磁场既可以连续地施加，也可以以短脉冲 的形式施加。现代核磁共振仪大多采用脉冲方法。它 具有许多优越性，特别在提高信噪比方面。由于谱仪 的工作频率大多在射频段，故把这样的脉冲电磁波叫 14 做射频脉冲。
核磁共振测井
1
Why NMR Logging
2
Why NMR Logging…?
Formation
What will the reservoir produce?
Porosity f
f Neutron
Saturation Sw
f Density
Rw Sw= 2 f Rt
Sw > 60% water oil oil +
3
Permeability K
Rt
Sw < 40% 40% < Sw < 60% water
Why NMR Logging …?
Neutron / Density log responses Formation model
Complex mineralogy Porosity
f
Solids
1. Less sensitivity to pore fluids than to solid matrix; 2. Radioactivity sources.
11
Magnetization
N N S N S
S S
N
S N S
N S
S S
f
N S
S
M = N ×
N
N
S
N
N
S
N
N
N
N
Many spins
z
Bo
8
M
y
S t
x
S
N
S
g
2
h I ( I + 1) B 3 KT
2
o
12
Nuclear Magnetism
单个自旋
自旋I=1/2的氢核,在外加磁场中,能级分裂成两个
Magnetization
+ + + + + + +
N
S S N S N N N S
9
g
=
2 p h
mwenku.baidu.com
I
S
The Origin of Magnetization
+
10
当核磁矩处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩 的作用，从而会象倾倒的陀螺绕重力场进行一样， 绕外加磁场的方向进动，进动频率ω 。又叫Larmor 频率，是磁场强度与核旋磁比的乘积，即： ω o=γ Bo 式中，Bo为外加磁场的强度。由于不同的核 γ 值不 一样，因此，在相同的外加磁场强度中，不同原子 核的进动频率亦不相同。 在外加磁场中，整个自旋系统被磁化，宏观上将 产生一个净的磁矩矢量和。单位体积内，核磁矩的 和，叫做宏观磁化量（M），即： M=∑μ i 这个非零宏观磁化量与外加磁场Bo平行。
f Density
Resistivity Rt
6
Why NMR Logging …?
• Total Porosity • Effective Porosity •Pore Size Distribution • Permeability •CBW / BVI / FFI • Hydrocarbon detection • Hydrocarbon typing
4
Why NMR Logging …?
Resistivity log responses Formation model
Water porosity
fw
Complex texture
1. No resolution to capillary bound water; 2. Difficulty to determine clay bound water; 5 3. No sensitive to hydrocarbon types
Why NMR Logging …?
Sensitive volumes are poorly defined
f Neutron
Bore hole fluids effects Mud cake effects Rugosity effects Depth of investigation mismatch Vertical resolution mismatch
++ + + + + +
,即高能态和低能态,对应于核自旋进动的不同取向
Gyromagnetic Ratio (g):
Quantum Mech. Classical View View (Energy) (Orientation)
high E
2p m g = h I
determines measurement frequency
7
NMR Physics
核磁共振是磁场中的原子核对电磁波的一种响应，原子 核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。质子与中 子统称为核子。所有含奇数核子以及含偶数个核子但原子序 数为奇数的原子核，都具有内秉角动量（或叫“自旋”）。 这样的核，自身不停地旋转，犹如一个旋转的陀螺。由于原 子核带有电荷 ，它们的自旋将产生磁场，象一根磁棒，该磁 场的强度和方向可以用核磁矩矢量来表示，即： μ =γ p 式中 μ — 磁矩； p— 自旋角动量； γ — 比例因子，被称 做旋磁比，是磁性核的一个重要性质，每一个核都有一个特 定的值，由实验测定。γ 可以为正，亦可以为负，所以核磁 矩的方向可能与核自旋角动量的方向相同或相反。 当没有外加磁场时，单个核磁矩随机取向，因此， 8 包含大量等同核的系统在宏观上没有磁性。
Rock Properties
Reservoir Understanding
Fluid Properties
The NMR logging provides answers for:
Log Analyst Where are the HC’s ? How much HC ? What type of HC ?
h = Plank’s constant I = spin quantum number
DE
low E
Applied Magnetic Field, Bo
13
对于被磁化后的自旋系统，再施加一个与静磁场 垂直、以进动频率 ω 。振荡的交变磁场 B1。从量子 力学的角度说，此时交变场的能量等于质子两个能级 的能量差，会发生共振吸收现象，即处于低能态的核 磁矩吸收交变电磁场提供的能量，跃迁到高能态，磁 化强度相对于外磁场发生偏转，这种现象被称为核磁 共振， 交变电磁场既可以连续地施加，也可以以短脉冲 的形式施加。现代核磁共振仪大多采用脉冲方法。它 具有许多优越性，特别在提高信噪比方面。由于谱仪 的工作频率大多在射频段，故把这样的脉冲电磁波叫 14 做射频脉冲。
核磁共振测井
1
Why NMR Logging
2
Why NMR Logging…?
Formation
What will the reservoir produce?
Porosity f
f Neutron
Saturation Sw
f Density
Rw Sw= 2 f Rt
Sw > 60% water oil oil +
3
Permeability K
Rt
Sw < 40% 40% < Sw < 60% water
Why NMR Logging …?
Neutron / Density log responses Formation model
Complex mineralogy Porosity
f
Solids
1. Less sensitivity to pore fluids than to solid matrix; 2. Radioactivity sources.
11
Magnetization
N N S N S
S S
N
S N S
N S
S S
f
N S
S
M = N ×
N
N
S
N
N
S
N
N
N
N
Many spins
z
Bo
8
M
y
S t
x
S
N
S
g
2
h I ( I + 1) B 3 KT
2
o
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Nuclear Magnetism
单个自旋
自旋I=1/2的氢核,在外加磁场中,能级分裂成两个
Magnetization
+ + + + + + +
N
S S N S N N N S
9
g
=
2 p h
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I
S
The Origin of Magnetization
+
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当核磁矩处于外加静磁场中时，它将受到一个力矩 的作用，从而会象倾倒的陀螺绕重力场进行一样， 绕外加磁场的方向进动，进动频率ω 。又叫Larmor 频率，是磁场强度与核旋磁比的乘积，即： ω o=γ Bo 式中，Bo为外加磁场的强度。由于不同的核 γ 值不 一样，因此，在相同的外加磁场强度中，不同原子 核的进动频率亦不相同。 在外加磁场中，整个自旋系统被磁化，宏观上将 产生一个净的磁矩矢量和。单位体积内，核磁矩的 和，叫做宏观磁化量（M），即： M=∑μ i 这个非零宏观磁化量与外加磁场Bo平行。
f Density
Resistivity Rt
6
Why NMR Logging …?
• Total Porosity • Effective Porosity •Pore Size Distribution • Permeability •CBW / BVI / FFI • Hydrocarbon detection • Hydrocarbon typing
4
Why NMR Logging …?
Resistivity log responses Formation model
Water porosity
fw
Complex texture
1. No resolution to capillary bound water; 2. Difficulty to determine clay bound water; 5 3. No sensitive to hydrocarbon types
Why NMR Logging …?
Sensitive volumes are poorly defined
f Neutron
Bore hole fluids effects Mud cake effects Rugosity effects Depth of investigation mismatch Vertical resolution mismatch